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半导体光催化剂表面贵金属沉积被认为是捕获激发电子、促进光生电子空穴分离的最有效的改性方法之一.但由于其成本过高,研究者积极探索一些新的材料取代贵金属及其氧化物的可能性.石墨烯因具有独特的二维形貌和优异的的电子传输性能,与半导体光催化剂复合后可以有效提高半导体的光催化性能.本研究通过制备氧化钛/石墨烯复合催化颗粒、溶胶及薄膜,以及调控石墨烯的氧化程度、氧化钛/石墨烯形貌和结合方式等,研究其光催化活性及其作用机制,对所发现的一些现象进行了分析讨论.本研究制备了氧化钛/氧化石墨烯(TiO2/GO)粉末型复合催化剂并对其产氢效能进行了分析.研究发现,在室温条件下,由光生电子和O2 生成的超氧阴离子能够将复合催化剂中的还原氧化石墨烯(rGO)重新氧化,从而改变了催化剂的光催化活性.调节反应体系中的O2 含量可有效地调控超氧阴离子的数量,进而改变rGO 上的含氧基团的数量,对TiO2/GO 复合材料的光解水制氢效果有着直接的影响.低温(＜95 ℃)条件下可成功制备稳定的纳米氧化钛/还原氧化石墨烯(nanoTiO2/rGO)溶胶.通过调节溶剂的pH 值和rGO 的负载量,可使溶胶稳定存在12 个月以上.该溶胶与工业化成膜技术相兼容,可方便地在ITO-PET 等柔性衬底上制备超薄透明的nanoTiO2/rGO 光催化薄膜.研究发现,低温制备的nanoTiO2 与rGO的复合有助于克服彼此的缺点：nanoTiO2 利用颗粒表面提供的负电斥力使得rGO 在溶剂中的分散性显着提高；而当溶胶沉积于衬底之上形成光电薄膜时,rGO 的负载能有效提高nanoTiO2 光生电子和空穴的分离效率,并在nanoTiO2 与ITO-PET 之间充当电子传输桥梁,有助于电子传输效率的提高.在超临界水(SCW)中利用氧化钛纳米管(TNTs)制备得到了二维单层氧化钛量子点(MTQDs),其吸收边蓝移至272nm.并将MTQDs 与石墨烯以面面接触形式相复合制备复合薄膜.MTQDs 尺寸为2～3 nm,而厚度仅为～0.4 nm,晶格间距为0.24nm×0.24 nm,与锐钛矿氧化钛和钛酸纳米管相较呈缩小趋势,第一性原理计算结果表明,层数的减少及平面内原子数量的下降可能是MTQDs 晶格减小的原因.MTQDs在干燥过程中在液滴界面上生成的自组装膜,改变了液滴的表面张力并抵制了指向接触线的向外流动,显现出了“咖啡环”效应,有利于形成均匀、致密和连续的薄膜.利用超临界剥离法制备了缺陷少、有序性高的石墨烯,以此获得的MTQDs/graphene 溶胶在低温下得到的薄膜不仅超薄透明,而且平整光滑,具有良好光催化效果.该薄膜有望在太阳能电池、防雾、自清洁、抗菌等方面拥有广阔的应用前景.